趙 亮，楊 賽

(烏東德水力發(fā)電廠籌建處，云南 祿勸 651500)

烏東德水電站位于四川省會東縣和云南省祿勸縣接壤的金沙江峽谷段，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、改善下游航運(yùn)和發(fā)展庫區(qū)通航等綜合效益的大型水電站。烏東德水電站工程于2015年12月16日通過國家核準(zhǔn)，2015年12月24日主體工程正式開工。預(yù)計(jì)2020年8月，電站首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電；2022年2月，工程完工。烏東德電站是國內(nèi)已建和在建的第四大電站、世界已建和在建的第七大水電站，總裝機(jī)容量10 200 MW，左右岸各6臺850 MW水輪發(fā)電機(jī)組。預(yù)計(jì)左岸電站以500 kV的3回出線接入云南電網(wǎng)；右岸電站以500 kV的3回出線接入昆北換流站，再通過±800 kV柔性直流為廣東、廣西送電。

1 烏東德水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

烏東德左、右岸電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用一體化的設(shè)計(jì)方案，即左、右岸電站和大壩等設(shè)備均采用一套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，左、右岸電站按單一電站設(shè)計(jì)，左、右岸電站能實(shí)現(xiàn)信息互通但不能相互控制。系統(tǒng)通過相應(yīng)的設(shè)計(jì)和配置，將實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地、左/右岸集控室、電站控制樓、昆明調(diào)控中心對烏東德水電站的監(jiān)控。

烏東德水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為分層式結(jié)構(gòu)，由電站層和現(xiàn)地控制單元層兩部分組成。電站層設(shè)備分集控層和廠站層，集控層設(shè)備包括：布置在集控樓的設(shè)備和通過專用網(wǎng)絡(luò)延伸布置在昆明調(diào)控中心的設(shè)備。廠站層設(shè)備包括：布置在左岸地下副廠房集控室和右岸地下副廠房集控室的設(shè)備?，F(xiàn)地控制單元層設(shè)備包括：12套機(jī)組LCU；2套開關(guān)站公用LCU；10套開關(guān)站GIS LCU；2套廠用電LCU；2套廠內(nèi)公用LCU；1套左岸泄洪洞LCU；1套集控樓LCU；1套大壩LCU。電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1)全系統(tǒng)均為計(jì)算機(jī)監(jiān)控結(jié)構(gòu)。

2)電站控制樓取消常規(guī)的集中控制設(shè)備，僅利用計(jì)算機(jī)及其相關(guān)設(shè)備用以監(jiān)控相關(guān)設(shè)備。

3)現(xiàn)地LCU不采用常規(guī)的邏輯回路布線，由具有雙重化設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)及其相關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，并且水機(jī)后備保護(hù)功能由單獨(dú)設(shè)置的PLC完成。

4)盡可能采用工業(yè)以太網(wǎng)總線及遠(yuǎn)程測控單元。

5)加強(qiáng)現(xiàn)地層控制功能，提高現(xiàn)地層可靠性。

2 烏東德水電站監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1 烏東德水電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

電站現(xiàn)地控制單元以上由三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，分別為電站控制網(wǎng)、電站信息網(wǎng)和信息發(fā)布網(wǎng)。

電站控制網(wǎng)采用雙萬兆主干環(huán)網(wǎng)加雙千兆星型接入網(wǎng)的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在左、右岸地下副廠房計(jì)算機(jī)室、控制樓計(jì)算機(jī)室分別布置2臺控制網(wǎng)主干交換機(jī)，各處主干交換機(jī)之間通過2路單模光纜互連構(gòu)成10 000 Mbps雙環(huán)型主干網(wǎng)。電站廠站層各計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)設(shè)備通過2路網(wǎng)絡(luò)雙絞線以雙星型方式就近接入控制網(wǎng)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率1 000 Mbps。

電站信息網(wǎng)采用雙萬兆以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，傳輸速率10 000 Mbps。在左、右岸地下副廠房計(jì)算機(jī)室、控制樓計(jì)算機(jī)室分別布置2臺信息網(wǎng)主干交換機(jī)。信息網(wǎng)主干交換機(jī)之間通過2路單模光纜互連構(gòu)成10 000 Mbps雙鏈路聚合主干網(wǎng)。電站廠站層各計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)設(shè)備通過2路網(wǎng)絡(luò)雙絞線以雙星型方式就近接入信息網(wǎng)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率1 000 Mbps。

電站信息發(fā)布網(wǎng)采用千兆單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，傳輸速率1 000 Mbps，采用TCP/IP協(xié)議，遵循IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。在控制樓計(jì)算機(jī)室布置1臺電站信息發(fā)布網(wǎng)交換機(jī)，并通過1 000 Mbps網(wǎng)絡(luò)雙絞線接口接入2臺電站信息查詢數(shù)據(jù)服務(wù)器集群、2臺WEB發(fā)布服務(wù)器等電站信息發(fā)布層計(jì)算機(jī)。電站信息網(wǎng)通過電站側(cè)的2臺梯調(diào)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)經(jīng)金沙江梯級光傳輸網(wǎng)實(shí)現(xiàn)至昆明調(diào)控中心的延伸。在昆明調(diào)控中心布置2臺延伸網(wǎng)交換機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)電站操作員在昆明調(diào)控中心的電站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)延伸平臺上的遠(yuǎn)程值班需求。

現(xiàn)地控制單元采用以太網(wǎng)總線連接遠(yuǎn)程I/O及現(xiàn)地智能監(jiān)測設(shè)備，以太網(wǎng)總線采用雙冗余結(jié)構(gòu)，傳輸速率大于100 Mbps。

2.2 烏東德水電站現(xiàn)地層與廠站層通信

在每個LCU柜內(nèi)均配置2臺控制網(wǎng)子交換機(jī)和1臺信息網(wǎng)子交換機(jī)，均采用工業(yè)級以太網(wǎng)交換機(jī)，傳輸速率1 000 Mbps。各LCU分別通過配置的2臺控制網(wǎng)子交換機(jī)通過單模光纜以雙星型方式就近接入控制網(wǎng)主干交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率1 000 Mbps。各LCU分別通過配置的1臺信息網(wǎng)子交換機(jī)通過單模光纜以單星型方式就近接入信息網(wǎng)主干交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率1 000 Mbps。

2.3 烏東德水電站現(xiàn)地層與現(xiàn)地智能設(shè)備通信

現(xiàn)地智能設(shè)備主要信號通過雙星型或環(huán)型以太網(wǎng)接入對應(yīng)LCU，部分重要信號通過硬接線方式接入相應(yīng)LCU。另外發(fā)變組繼電保護(hù)系統(tǒng)，通過現(xiàn)地控制單元控制網(wǎng)交換機(jī)直接與監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)通信，其數(shù)據(jù)不進(jìn)入現(xiàn)地控制單元；保護(hù)信息管理系統(tǒng)，通過現(xiàn)地控制單元控制網(wǎng)交換機(jī)直接與監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)通信，其數(shù)據(jù)不進(jìn)入開關(guān)站公用單元。

3 烏東德水電站監(jiān)控系統(tǒng)外部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

電站監(jiān)控系統(tǒng)主要與昆明調(diào)控中心、云南電網(wǎng)、南方電網(wǎng)進(jìn)線通信。電站監(jiān)控系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)都傳送至昆明調(diào)控中心，由昆明調(diào)控中心工作人員進(jìn)行烏東德電站設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)控。電站左、右岸相關(guān)重要數(shù)據(jù)，按調(diào)度要求上送至南網(wǎng)總調(diào)及其備調(diào)和云南省調(diào)及其備調(diào)。

3.1 烏東德水電站與昆明調(diào)控中心的通信

為滿足昆明調(diào)控對烏東德水電站全方位的監(jiān)控功能，需按要求上送電站全部信息。烏東德水電站監(jiān)控系統(tǒng)與昆明調(diào)控中心監(jiān)控系統(tǒng)之間采用光傳輸網(wǎng)作為主用通信方式(見圖1)，該傳輸網(wǎng)采用雙通道通信。在緊急情況下，電站采用三峽集團(tuán)公司內(nèi)部組建的衛(wèi)星應(yīng)急通道向昆明電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)傳送電站主要設(shè)備信息。三通道相對獨(dú)立，從而確保昆明調(diào)控中心監(jiān)控系統(tǒng)與烏東德水電站監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信不間斷。電站監(jiān)控系統(tǒng)通過配置的4臺通信網(wǎng)關(guān)機(jī)和金沙江下游梯級光傳輸網(wǎng)的兩條完全獨(dú)立的光傳輸通道實(shí)現(xiàn)電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)至昆明調(diào)控中心的延伸，通過在延伸網(wǎng)絡(luò)上部署電站操作員工作站實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)行人員在昆明調(diào)控中心遠(yuǎn)程值班要求。

3.2 烏東德水電站與電力調(diào)度部門的通信

電站監(jiān)控系統(tǒng)通過布置在集控樓的2臺南網(wǎng)通信服務(wù)器，通過南網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入平臺接入南網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)(見圖2)，實(shí)現(xiàn)與南網(wǎng)總調(diào)及備調(diào)、云南省調(diào)之間的通信。烏東德水電站與南網(wǎng)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)傳輸以電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸方式為主，以2 M專線傳輸方式為輔。

圖1 烏東德水電站與昆明調(diào)控中心通信圖

圖2 烏東德電站與南網(wǎng)通信圖

4 烏東德水電站時鐘同步系統(tǒng)

根據(jù)烏東德水電站設(shè)備分布和通信線纜的敷設(shè)情況，衛(wèi)星時鐘同步系統(tǒng)采用三級時鐘的方案。時鐘同步設(shè)備的數(shù)量及布置位置見表1。

衛(wèi)星時鐘同步系統(tǒng)采用雙重化配置，其一級主時鐘能分別接收GPS和北斗星授時信號，且兩種時鐘的信息互通，互為熱備用。兩臺一級主時鐘通過單模光纜將同步信號分別輸出至雙機(jī)熱備的二級擴(kuò)展子時鐘。兩臺二級擴(kuò)展子主時鐘通過擴(kuò)展光纖時鐘信號接口將同步信號分別輸出至各三級擴(kuò)展時鐘單元。一級、二級和三級衛(wèi)星時鐘同步系統(tǒng)具有多種輸出接口，用以滿足電站各種自動裝置所需的時間同步信號。一級主時鐘利用以太網(wǎng)接入監(jiān)控系統(tǒng)信息網(wǎng)并為其對時，利用網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議通過生產(chǎn)控制網(wǎng)并為其對時。

表1 烏東德水電站時鐘同步設(shè)備數(shù)量及布置位置表

5 結(jié) 語

烏東德水電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳承于三峽、向家壩、溪洛渡監(jiān)控系統(tǒng)，并具有一定的創(chuàng)新性。烏東德水電站具有機(jī)組單機(jī)容量大、設(shè)備多、設(shè)備分布廣等特點(diǎn)，這些都對計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信提出了更高的要求。烏東德水電站監(jiān)控系統(tǒng)通信系統(tǒng)采用分層分布式體系結(jié)構(gòu)，使散落在電站各個地方的各種設(shè)備嚴(yán)格執(zhí)行指定的任務(wù)并通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)進(jìn)行通信，用以提高系統(tǒng)的實(shí)時性和穩(wěn)定性，為系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供了保證。